DE69626781T2

DE69626781T2 - Schmierfettzusammensetzung für homokinetische Gelenke

Info

Publication number: DE69626781T2
Application number: DE69626781T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Fujisawa-shi Takeuchi; Tsuyoshi Fujisawa-shi Sasaki; Tomio Mohka-shi Hanawa; Yoshimi Mohka-shi Usui; Takahiro Mohka-shi Ogura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: JP3988895B2; DE69626781D1; US5604187A; JPH09255983A; ATE234908T1; EP0796910B1; EP0796910A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmierfettzusammensetzung zur Verwendung in Gleichlaufgelenken (CVJs), insbesondere für Gleichlauf-Festgelenke und Gleichlauf-Verschiebegelenke vom Kugeltyp. Zwischen den Teilen der zu schmierenden Gleichlaufgelenke entsteht ein sehr hoher Kontaktdruck, und die Gelenkteile erfahren komplizierte Roll- und Gleitbewegungen. Dies führt oft zu einem abnormen Verschleiß und zur Metallermüdung und so wiederum zu einem Abplatzungsphänomen, d. h. zu einer Grübchenbildung an den Gelenkteilen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schmierfettzusammensetzung für Gleichlaufgelenke, die solche Gleichlaufgelenke wirksam schmieren kann, um den Verschleiß von Gelenken und das Auftreten einer Grübchenbildung an den Teilen wirksam zu vermindern.
Beispiele für in solchen Gleichlaufgelenken üblicherweise verwendete Schmierfette umfassen ein Lithiumseifen-verdicktes Höchstdruck-Schmierfett, das Molybdändisulfid enthält, und ein Lithiumseifen-verdicktes Höchstdruckschmierfett, das Molybdändisulfid und Höchstdruckmittel, z. B. Schwefel-Phosphor oder ein Bleinaphthenat, enthält. Allerdings waren diese Schmierfette für Gleichlaufgelenke unter den scharfen Arbeitsbedingungen, die in den derzeitigen Hochleistungsfahrzeugen auftreten, nicht immer zufriedenstellend.
Gleichlaufgelenke vom Winkel- (double offset type) und Querrillentyp (cross groove type), die als Verschiebegelenke verwendet werden, sowie die Birfield-Gelenke, die als Festgelenke verwendet werden, weisen eine Struktur auf, in der Drehmomente über 6 Kugeln übertragen werden. Diese Gelenke führen während der Rotation unter hohem Kontaktdruck zu komplizierten Hin- und Herbewegungen, wie komplizierten Roll- und Gleitbewegungen, und an die Kugeln und Metalloberflächen, die mit den Kugeln in Kontakt kommen, erfahren wiederholt Belastungen, und demnach neigen solche Teile aufgrund der Metallermüdung zum Auftreten des Grübchenbildungsphänomens. Die jüngste Verbesserung in der Leistung von Maschinen im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen geht mit einer Zunahme des Kontaktdrucks einher. Kraftfahrzeuge werden zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs leichter gemacht, und die Größe der Gelenke wurde entsprechend herabgesetzt. Dies führt zu einer relativen Zunahme des Kontaktdrucks, und somit sind die herkömmlichen Schmierfette insofern unwirksam, als sie das Grübchenbildungsphänomen nicht ausreichend vermindern können. Zudem müssen die Schmierfette auch in ihrer Wärmebeständigkeit verbessert werden.
JP-A-62207397 offenbart eine Schmierfettzusammensetzung, die Grundöl, Diharnstoff-Verdickungsmittel, Mo-Dithiocarbamat und schwefelhaltiges Olefin oder schwefelhaltiges Öl und Fett als Höchstdruckmittel enthält. JP-A-61012791 offenbart Schmierfettzusammensetzungen, die Grundöl, Melamincyanurat und eines aus Polytetrafluorethylen, MoS₂ und Mo-Dithiocarbamat enthalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann eine neue Schmierfettzusammensetzung für Gleichlaufgelenke bereitstellen, die eine ausgezeichnete Grübchenbildungshemmwirkung und Wärmebeständigkeit aufweist.
Wir haben Studien zur Entwicklung einer Schmierfettzusammensetzung durchgeführt, die den Reibungsverschleiß von CVJs zu optimieren und Grübchenbildung von Gelenken aufgrund von abnormem Verschleiß und Metallermüdung auszuschalten vermag und verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist. Wir haben Schmierfette unter Schmierbedingungen einhergehend mit komplizierten Hin- und Herbewegungen, wie komplizierten Roll- und Gleitbewegungen unter hohem Kontaktdruck, wie vorstehend besprochen, unter Verwendung eines Schmierfähigkeitstestgeräts, das als Vierkugel-Hochgeschwindigkeitstester bekannt ist, bewertet, um die Höchstdruckeigenschaften verschiedener Arten von Höchstdruckmitteln, festen Schmiermitteln oder Kombinationen von Additiven zu bestimmen. Als Ergebnis haben wir festgestellt, dass ein Schmierfett, das eine Kombination von einem Grundöl, einer Diharnstoffverbindung, Melamincyanurat, Molybdändisulfid, phosphorfreiem Schwefel-Höchstdruckmittel und Molybdändithiocarbamat umfasst, starke Höchstdruckeigenschaften aufweist, und haben durch einen Haltbarkeitstest, der unter Verwendung eines praktischen Gleichlaufgelenks durchgeführt wurde, bestätigt, dass das Schmierfett im Gegensatz zu herkömmlichen Schmierfetten für Gleichlaufgelenke das Auftreten von Grübchenbildungsphänomenen verhindern kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Schmierfettzusammensetzung für Gleichlaufgelenke bereit, bestehend im Wesentlichen aus (a) einem Grundöl; (b) einer Diharnstoffverbindung der Formel:
R¹NH-CO-NH-p-C₆H₄-CH₂-p-C₆H₄-NH-CO-NHR²
wobei R¹ und R² gleich oder unterschiedlich sind und ausgewählt sind aus Aryl- und Cyclohexylresten; (c) Melamincyanurat; (d) Molybdändisulfid; (e) einem phosphorfreien Schwefel-Höchstdruckmittel; und (f) Molybdändithiocarbamat.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher erklärt. Das Grundöl als Komponente (a) ist nicht auf spezielle Grundöle begrenzt, und es können beispielsweise derzeit verwendete Schmieröle, wie Mineralöle, synthetische Öle vom Estertyp, synthetische Öle vom Ethertyp, synthetische Öle vom Kohlenwasserstofftyp oder Gemische davon sein.
Die Harnstoffverbindung als Komponente (b) kann durch Umsetzung eines aromatischen Amins, wie Anilin oder p-Toluidin, Cyclohexylamin oder eines Gemisches davon, mit einer Diisocyanatverbindung hergestellt werden. In der Diharnstoffverbindung weist jede Arylgruppe vorzugsweise 6 oder 7 Kohlenstoffatome auf, und der Anteil an Arylgruppen in den Amineinheiten der Diharnstoffverbindung liegt im Bereich von 100 bis 0 Mol-%.
Das Melamincyanurat als Komponente (c) ist ein Addukt von Melamin und Cyanursäure. Cyanursäure ist ein Tautomer der Isocyanursäure. Melaminisocyanurat, das im Handel erhältlich ist, ist ein Addukt von 1 mol Melamin und 1 mol Cyanursäure und liegt in Form von Melaminisocyanurat vor. Bei der vorliegenden Spezifikation wird der Begriff Melamincyanurat" so verwendet, dass er ein Addukt von Melamin- und Cyanursäure oder Isocyanursäure bedeutet. Melamincyanurat kann leicht als weißer Niederschlag erhalten werden, wenn eine wässrige Melaminlösung mit einer wässrigen Cyanursäure- oder Isocyanursäurelösung gemischt wird. Melamincyanurat ist als feinzerteiltes weißes Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 1 bis 2 μm im Handel erhältlich, wobei ein Melaminmolekül von 6-gliedriger Ringstruktur mit einem Cyanursäuremolekül von 6-gliedriger Ringstruktur über Wasserstoffbindungen unter Bildung einer planaren Struktur kombiniert ist. Es wird angenommen, dass die planaren Strukturen gestapelt sind und wie Molybdändisulfid Spaltbarkeit und Schmierfähigkeit zeigen.
Das Molybdändisulfid als Komponente (d) wird als Höchstdruckmttel breit eingesetzt. Im Hinblick auf den Schmiermechanismus davon wird das Molybdändisulfid durch Gleitbewegungen unter Bildung einer dünnen Schicht leicht geschert, da es eine Schichtgitterstruktur aufweist, und es zeigt die Reibungskraft vermindernde und das Festfressen von Gelenken verhindernde Wirkungen.
Das phosphorfreie Schwefel-Höchstdruckmittel als Komponente (e) besitzt vorzugsweise einen Schwefelgehalt im Bereich von 35–50 Gew.-%.
Das bei der Erfindung als Komponente (f) eingesetzte Molybdändithiocarbamat wird vorzugsweise durch die folgende Formel dargestellt:
(R⁴R³N-CS-S)₃-Mo₂O_mS_n
wobei R³ und R⁴ unabhängig voneinander aus Alkylresten mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, ausgewählt sind, m gleich 0 bis 3, n gleich 4 bis 1 und m + n = 4 ist.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zusätzlich zu den vorgenannten essentiellen Komponenten Antioxidantien, Korrosionshemmer und/oder Rostschutzmittel enthalten.
Die erfindungsgemäße Schmierfettzusammensetzung enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorzugsweise 55,0 bis 98,2 Gew.-% des Grundöls (a); 1 bis 25 Gew.-% der Diharnstoffverbindung (b); 0,1 bis 5,0 Gew.-% Melamincyanurat (c); 0,5 bis 5,0 Gew.-% des Molybdändisulfids (d); 0,1 bis 5,0 Gew.-% des phosphorfreien Schwefel-Höchstdruckmittels (e); und 0,1 bis 5,0 Gew.-% des Molybdändithiocarbamats (f).
Wenn die Menge der Diharnstoffverbindung (b) geringer ist als 1 Gew.-%, neigt der Verdickungseffekt davon dazu, zu gering zu werden, um die Zusammensetzung in ein Schmierfett umzuwandeln, wohingegen die resultierende Zusammensetzung beim Überschreiten von 25 Gew.-% dazu neigt, zu hart zu werden, um die gewünschten erfindungsgemäßen Wirkungen zu zeigen. Ferner wird der Erhalt der gewünschten erfindungsgemäßen Wirkungen schwierig, wenn die Menge des Melamincyanurats (c) weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, die Menge des Molybdändisulfids (d) weniger als 0,5 Gew.-% beträgt oder die Menge des phosphorfreien Schwefel-Höchstdruckmittels (e) weniger als 0,1 Gew.-% beträgt. Wenn andererseits die Menge des Melamincyanurats (c) mehr als 5 Gew.-% beträgt, die Menge des Molybdändisulfids (d) mehr als 5 Gew.-% oder die Menge des phosphorfreien Schwefel-Höchstdruckmittels (e) mehr als 5 Gew.-% beträgt, kann keine weitere Verbesserung in den Wirkungen erwartet werden, und diese Komponenten beeinflussen die erfindungsgemäße Grübchenbildungshemmwirkung stattdessen umgekehrt. Wenn die Menge des Molybdändithiocarbamats (f) weniger als 0,1 Gew.-% oder mehr als 5 Gew.-% beträgt, sind die durch Zugabe der Komponente erhaltenen Wirkungen nicht bemerkenswert.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden nicht einschränkenden Arbeitsbeispiele und Vergleichsbeispiele ausführlicher beschrieben.
Beispiele 1 bis 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 10
In einem Behälter wurden 4100 g eines Grundöls und 1012 g Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat vorgelegt, und das Gemisch wurde auf eine Temperatur zwischen 70 und 80°C erhitzt. In dem anderen Behälter wurden 4100 g eines Grundöls, 563 g Cyclohexylamin und 225 g Anilin vorgelegt und anschließend auf eine Temperatur zwischen 70 und 80°C erhitzt und dem vorgenannten Behälter zugesetzt. Anschließend wurde das Gemisch unter ausreichendem Rühren 30 Minuten lang umgesetzt, die Temperatur des Reaktionssystems wurde unter Rühren auf 160 °C erhöht, und das Reaktionssystem wurde unter Erhalt eines Harnstoff-Grundfettes abkühlen gelassen. Zu dem Grundfett wurden die folgenden Additive, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, in Mengen, die ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt sind, und gegebenenfalls eine zusätzliche Menge des Grundöls zugegeben, und die Penetration für das resultierende Gemisch wurde durch ein dreistufiges Walzwerk auf den Grad Nr. 1 eingestellt.
Bei sämtlichen vorgenannten Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde als Grundöl ein Mineralöl mit den folgenden Eigenschaften verwendet.
Ferner wurde ein im Handel erhältliches Lithiumfett, das Molybdändisulfid, ein Schwefel-Phosphor-Höchstdruckmittel und ein Bleinaphthenat enthält, als Schmierfett des Vergleichsbeispiels 10 verwendet.
Die physikalischen Eigenschaften dieser Schmierfette wurden nach den nachstehend ausführlich angegebenen Verfahren bewertet. Die so erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengefasst.
[Penetration]
Nach ISO 2137
[Tropfpunkt]
Nach ISO 2176
[Vierkugel-Höchstdruck-Hochgeschwindigkeitstest]
Nach ASTM D 2596
Bewertungsgegenstand: Schweißpunkt
[Haltbarkeitstest auf einer Werkbank unter Verwendung von echten Gelenken]
Die Schmierfette wurden unter den folgenden Bedingungen durch einen Haltbarkeitstest auf einer Werkbank unter Verwendung von echten Gelenken auf das Auftreten von Grübchenbildung untersucht.

Testbedingungen:

Anzahl der Umdrehungen: 1500 U/min

Drehmoment: 196 N·m

Gelenkwinkel: 10°

Betriebsdauer: 200 h

Typ des verwendeten Gelenks: Birfield-Gelenk
Bewertungsgegenstand:
Auftreten von Grübchenbildung an jedem Teil der Gelenke nach Betrieb.
TABELLE 1
TABELLE 1(Fortsetzung)

1): Diharnstoff-Schmierfett unter Verwendung einer Diharnstoffverbindung, wobei
2): Melamincyanurat, erhältlich von Mitsubishi Chemical Co., Ltd. unter dem Handelsnamen MCA
3): Molybdändisulid, erhältlich von Climax Molybdenum Company unter dem Handelsnamen Molysulfide; mittlere Teilchengröße: 0,45 μm
4): Phosphorfreies Schwefel-Höchstdruckmittel, erhältlich von Lubrizol Japan unter dem Handelsnamen Anglamol 33
5): Molybdändithiocarbamat, erhältlich von R. T. Vanderbilt unter dem Handelsnamen Molyvan A

Nach Durchführung des Haltbarkeitstests für 200 h wurden diese Schmierfette nach den folgenden Kriterien bewertet:
O: keine Grübchenbildung beobachtet;
X: Grübchenbildung beobachtet.

Claims

Schmierfettzusammensetzung für Gleichlaufgelenke, im wesentlichen bestehend aus (a) einem Grundöl; (b) einer Diharnstoffverbindung der Formel R¹NH-CO-NH-p-C₆H₄-CH₂-p-C₆H₄-NH-CO-NHR², wobei R¹ und R² gleich oder unterschiedlich und ausgewählt sind aus Aryl- und Cyclohexylresten; (c) Melamincyanurat; (d) Molybdändisulfid; (e) einem phosphorfreiem Schwefel-Höchstdruckmittel; und (f) Molybdändithiocarbamat.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, enthaltend 55,0 bis 98,2% (a); 1 bis 25% (b); 0,1 bis 5,0% (c); 0,5 bis 5,0% (d); 0,1 bis 5,0% (e); und 0,1 bis 5,0% (f), bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das phosphorfreie Schwefel-Höchstdruckmittel Schwefel in der Menge von 35 bis 50 Gew.-% enthält.
Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei R¹ und/oder R² einen Arylrest mit 6 oder 7 Kohlenstoffatomen darstellt/en.
Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Diharnstoff eine Diharnstoffverbindung enthält, in der Cyclohexylamin und Anilin Monoamineinheiten bereitstellen.
Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Molybdändithiocarbamat die Formel (R⁴R³N-CS-S)₂-Mo₂O_mS_n besitzt, wobei R³ und R⁴ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Alkylresten mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, m gleich 0 bis 3, n gleich 4 bis 1 und m + n = 4 ist.
Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Schmieren von Kugel-Gleichlauf-Verschiebegelenken.
Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Schmieren von Kugel-Gleichlauf-Festgelenken.